第二夜：函数、作用域、预处理和头文件

C语言的30个夜晚 16 分钟 读完 (约 2464 字)

今晚还是在研究相对轻松的内容。主要涉及C语言的函数、作用域、预处理和头文件。

函数的声明

C语言中函数的定义：

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return_type function_name( parameter list )
{
   body of the function
}

C语言中函数的传值调用：

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#include <stdio.h>

void swap(int x, int y)
{
   int temp;

   temp = x;
   x = y;
   y = temp;

   return;
}
int main ()
{
   /* 局部变量定义 */
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   printf("交换前，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换前，b 的值： %d\n", b );
 
   swap(a, b);
 
   printf("交换后，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换后，b 的值： %d\n", b );
 
   return 0;
}

C语言函数的引用调用：

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#include <stdio.h>

void swap(int *x, int *y)
{
   int temp;
   temp = *x;    /* 保存地址 x 的值 */
   *x = *y;      /* 把 y 赋值给 x */
   *y = temp;    /* 把 temp 赋值给 y */
  
   return;
}

int main ()
{
   /* 局部变量定义 */
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   printf("交换前，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换前，b 的值： %d\n", b );
 
   /* 调用函数来交换值
    * &a 表示指向 a 的指针，即变量 a 的地址
    * &b 表示指向 b 的指针，即变量 b 的地址
   */
   swap(&a, &b);
 
   printf("交换后，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换后，b 的值： %d\n", b );
 
   return 0;
}

C语言可变参数的函数：

在C语言标准库中，stdarg.h头文件用于支持可变参数的函数，该文件提供了实现可变参数功能的函数和宏。具体步骤如下：
定义一个函数，最后一个参数为省略号，省略号前面可以设置自定义参数。
在函数定义中创建一个 va_list 类型变量，该类型是在 stdarg.h 头文件中定义的。
使用 int 参数和 va_start 宏来初始化 va_list 变量为一个参数列表。宏 va_start 是在 stdarg.h 头文件中定义的。
使用 va_arg 宏和 va_list 变量来访问参数列表中的每个项。
使用宏 va_end 来清理赋予 va_list 变量的内存。

具体操作如下：

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#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
 
//一个求平均数的函数
double average(int num,...){
    va_list valist;
    double sum = 0.0;
    int i;
 
    /* 为 num 个参数初始化 valist */
    va_start(valist, num);
 
    /* 访问所有赋给 valist 的参数 */
    for (i = 0; i < num; i++){
       sum += va_arg(valist, int);
    }
    /* 清理为 valist 保留的内存 */
    va_end(valist);
 
    return sum/num;
}
 
int main(){
   printf("Average of 2, 3, 4, 5 = %f\n", average(4, 2,3,4,5));
   printf("Average of 5, 10, 15 = %f\n", average(3, 5,10,15));
}

函数的作用域

  1. 在函数或块内部声明的是的局部变量
    局部变量只能在函数内部使用。

  2. 在所有函数外部声明的是全局变量
    全局变量即可在函数内部使用，也可在函数外部使用。全局变量通常声明在程序的顶部，其在整个程序生命周期内都是有效的，在任意的函数内部能访问全局变量。

局部变量和全局变量的名称可以相同，但是在函数内，如果两个名字相同，会使用局部变量值，全局变量不会被使用。

全局变量与局部变量在内存中的区别：

全局变量保存在内存的全局存储区中，占用静态的存储单元；
局部变量保存在栈中，只有在所在函数被调用时才动态地为变量分配存储单元。

具体的例子：

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#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
int k1 = 1;
int k2;
static int k3 = 2;
static int k4;
int main(){
    static int m1 = 2, m2;
    int i = 1;
    char*p;
    char str[10] = "hello";
    char*q = "hello";
    p = (char *)malloc(100);
    free(p);
    printf("栈区-变量地址    i：%p\n", &i);
    printf("栈区-变量地址   p：%p\n", &p);
    printf("栈区-变量地址 str：%p\n", str);
    printf("栈区-变量地址   q：%p\n", &q);
    printf("堆区地址-动态申请：%p\n", p);
    printf("全局外部有初值 k1：%p\n", &k1);
    printf("   外部无初值 k2：%p\n", &k2);
    printf("静态外部有初值 k3：%p\n", &k3);
    printf("   外静无初值 k4：%p\n", &k4);
    printf("  内静态有初值 m1：%p\n", &m1);
    printf("  内静态无初值 m2：%p\n", &m2);
    printf("    文字常量地址：%p, %s\n", q, q);
    printf("      程序区地址：%p\n", &main);
    return 0;
}

/*
执行结果:
栈区-变量地址    i：0xff9f9e8c
栈区-变量地址   p：0xff9f9e88
栈区-变量地址 str：0xff9f9e7e
栈区-变量地址   q：0xff9f9e78
堆区地址-动态申请：0x574ef160
全局外部有初值 k1：0x56644024
   外部无初值 k2：0x5664403c
静态外部有初值 k3：0x56644028
   外静无初值 k4：0x56644034
  内静态有初值 m1：0x5664402c
  内静态无初值 m2：0x56644038
    文字常量地址：0x56642008, hello
      程序区地址：0x566411b9
*/

  1. C语言的形参与实参

形参（形式参数）
在函数定义中出现的参数可以看做是一个占位符，它没有数据，只能等到函数被调用时接收传递进来的数据，所以称为形式参数，简称形参。
实参（实际参数）
函数被调用时给出的参数包含了实实在在的数据，会被函数内部的代码使用，所以称为实际参数，简称实参。

形参和实参的功能是传递数据，发生函数调用时，实参的值会传递给形参。

形参和实参的区别和联系
1) 形参变量只有在函数被调用时才会分配内存，调用结束后，立刻释放内存，所以形参变量只有在函数内部有效，不能在函数外部使用。

2) 实参可以是常量、变量、表达式、函数等，无论实参是何种类型的数据，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参，所以应该提前用赋值、输入等办法使实参获得确定值。

3) 实参和形参在数量上、类型上、顺序上必须严格一致，否则会发生“类型不匹配”的错误。当然，如果能够进行自动类型转换，或者进行了强制类型转换，那么实参类型也可以不同于形参类型。

4) 函数调用中发生的数据传递是单向的，只能把实参的值传递给形参，而不能把形参的值反向地传递给实参；换句话说，一旦完成数据的传递，实参和形参就再也没有瓜葛了，所以，在函数调用过程中，形参的值发生改变并不会影响实参。

预处理和头文件

C语言的预处理器

C 预处理器相当于一个文本替换工具，会指示编译器在实际编译之前完成所需的预处理。C 预处理器（C Preprocessor）简写为 CPP。
所有的C预处理器命令都是以井号（#）开头。它必须是第一个非空字符，为了增强可读性，预处理器指令应从第一列开始。
下面列出了所有重要的预处理器指令：

指令 描述
#define 定义宏
#include 包含一个源代码文件
#undef 取消已定义的宏
#ifdef 如果宏已经定义，则返回真
#ifndef 如果宏没有定义，则返回真
#if 如果给定条件为真，则编译下面代码
#else #if 的替代方案
#elif 如果前面的 #if 给定条件不为真，当前条件为真，则编译下面代码
#endif 结束一个 #if……#else 条件编译块
#error 当遇到标准错误时，输出错误消息
#pragma 使用标准化方法，向编译器发布特殊的命令到编译器中

一些样例：

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//这个指令告诉 CPP 取消已定义的 FILE_SIZE，并定义它为 42。
#undef  FILE_SIZE
#define FILE_SIZE 35
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//这个指令告诉 CPP 只有当 MESSAGE 未定义时，才定义 MESSAGE。
#ifndef MESSAGE
   #define MESSAGE "You wish!"
#endif
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#ifdef DEBUG
   /* Your debugging statements here */
#endif
/*
这个指令告诉 CPP 如果定义了 DEBUG，则执行处理语句。在编译时，如果向 gcc 编译器传递了 -DDEBUG 开关量，这个指令就非常有用。
它定义了 DEBUG，可在编译期间随时开启或关闭调试。
*/

预定义宏

ANSI C 定义了许多宏。在编程中可以使用这些宏，但是不能直接修改这些预定义的宏。

宏 描述
__DATE__ 当前日期，一个以 “MMM DD YYYY” 格式表示的字符常量。
__TIME__ 当前时间，一个以 “HH:MM:SS” 格式表示的字符常量。
__FILE__ 这会包含当前文件名，一个字符串常量。
__LINE__ 这会包含当前行号，一个十进制常量。
__STDC__ 当编译器以 ANSI 标准编译时，则定义为 1。

C语言头文件
头文件是扩展名为 .h 的文件，包含了 C 函数声明和宏定义，被多个源文件中引用共享。有两种类型的头文件：程序员编写的头文件和编译器自带的头文件。

只引用一次头文件

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#ifndef HEADER_FILE
#define HEADER_FILE

the entire header file file

#endif

有条件引用

有时需要从多个不同的头文件中选择一个引用到程序中。

例如，需要指定在不同的操作系统上使用的配置参数：

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#if SYSTEM_1
   # include "system_1.h"
#elif SYSTEM_2
   # include "system_2.h"
#elif SYSTEM_3
   ...
#endif

#编程 #C语言
第三夜：指针和数组 第一夜：编译器、语法关键字、运算符、变量及数据类型
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